高中物理竞赛话题15物体平衡的种类.pdf
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1、 1 话题 15:物体平衡的种类 一、物体的平衡状态(简称物体的平衡)物体相对于地面处于静止、匀速直线运动或匀速转动的状态,称为物体的平衡状态,简称物体的平衡 物体的平衡包括共点力作用下物体的平衡、具有固定转动轴的物体的平衡和一般物体的平衡 当物体受到的力或力的作用线交于同一点时,称这几个力为共点力物体在共点力作用下,相对于地面处于静止或做匀速直线运动时,称为共点力作用下物体的平衡 当物体在外力的作用下相对于地面处于静止或可绕某一固定转动轴匀速转动时,称具有固定转动轴物体的平衡 当物体在非共点力的作用下处于平衡状态时,称一般物体的平衡 二、解决物体的平衡问题的一般思路 解决共点力作用下物体的平
2、衡问题,或具有固定转动轴物体的平衡问题,或一般物体的平衡问题,首先把平衡物体隔离出来,进行受力分析,然后根据共点力作用下物体的平衡条件:物体所受的合外力为零,即0F(如果将力正交分解,平衡的条件为:0 xF、0yF);或具有固定转动轴的物体的平衡条件:物体所受的合力矩为零,即0M;或一般物体的平衡条件:0F;0M 列方程,再结合具体问题,利用数学工具和处理有关问题的方法进行求解 三、物体的平衡又分为随遇平衡、稳定平衡和不稳定平衡三种 1、稳定平衡 处于平衡状态的物体,当受到外界的扰动而偏离平衡位置时,如果外力或外力矩促使物体回到原平衡位置,这样的平衡叫稳定平衡,处于稳定平衡的物体,偏离平衡位置
3、时,重心一般是升高的。如带正电小球处在两等量正电荷小球连线的中点时。如图()a中位于光滑碗底的小球的平衡状态就是稳定的 2、不稳定平衡 处于平衡状态的物体,当受到外界的扰动而偏离平衡位置时,如果外力或外力矩促使NNFmgmg()a 2 物体偏离原来的平衡位置,这样的平衡叫不稳定平衡,处于不稳定平衡的物体,偏离平衡位置时,重心一般是降低的。如带正电的小球处在两个带等量负电荷小球连线的中点时。如图()b中位于光滑的球形顶端的小球,其平衡状态就是不稳定平衡 3、随遇平衡 处于平衡状态的物体,当受到外界扰动而偏离平衡位置时,物体受到的合外力或合力矩没有变化,这样的平衡叫随遇平衡,处于随遇平衡的物体,偏
4、离平衡位置后,重心高度不变。如与液体密度相同的实心物体浸没在液体内部。如图()c中位于光滑水平板上的小球的平衡状态就是随遇的 从能量方面来分析,物体系统偏离平衡位置,势能增加者,为稳定平衡;减少者为不稳定平衡;不变者,为随遇平衡 如果物体所受的力是重力,则稳定平衡状态对应重力势能的极小值,亦即物体的重心有最低的位置 不稳定平衡状态对应重力势能的极大值,亦即物体的重心有最高的位置随遇平衡状态对应于重力势能为常值,亦即物体的重心高度不变 四、稳度 物体稳定的程度叫稳度,一般说来,使一个物体的平衡遭到破坏所需的能量越多,这个平衡的稳度就越高。稳度与重心的高度及支面的大小有关,重心越低,支面越大,稳度
5、越大。五、物体平衡种类的判断方法 1、受力分析法 当质点受到外界的扰动稍微偏离平衡位置以后,如果所受合外力指向平衡位置,则此质点的平衡是稳定的;如果所受的合外力背离平衡位置,则此质点的平衡是不稳定的:如果所受的合外力为零,则质点处于随遇平衡状态。2、力矩比较法 对于有支轴的刚性物体,当它受外界扰动而偏离平衡位置时,如果外力会引起一个回复力矩,此力矩有把物体拉回到原平衡位置的倾向,则称物体处于稳定平衡状态;如果外NNmgmgF()bNmg()c 3 力会引起一推斥力矩,它有把物体推离原平衡位置的倾向,则称物体处于不稳定状态;如果物体所受合力矩仍为零,则称物体处于随遇平衡状态。3、重心升降法 对受
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- 高中物理 竞赛 话题 15 物体 平衡 种类
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